История Института ионосферы началась с Постановления Совета Министров СССР об образовании в 1943 году при Министерстве связи Казахской ССР Алма-Атинской ионосферной станции, в функции которой входило измерение ионосферных параметров, необходимых для составления прогнозов условий распространения радиоволн на территории СССР в те военные годы. Начальником ионосферной станции была назначена Зачатейская Елена Николаевна — одна из первых женщин-радиоинженеров того времени, которая проработала в этой должности до 1961 года.

В начале 50-х годов начинается освоение космоса, строится Байконур. Безопасность полётов в космосе зависит, в том числе, и от надёжности радиосвязи с космическими аппаратами, определяющейся условиями распространения радиоволн в ионосфере. В то время ионосфера из-за сложности происходящих в ней процессов под влиянием различных факторов (воздействие солнечного и космического излучений, причин техногенного характера и т.д.) была мало изучена. Результаты первых исследований околоземного космического пространства с использованием искусственных спутников Земли во время Международного Геофизического Года (МГГ, 1957-1958 гг.) показали, что сеть наземных обсерваторий, изучающих ионосферу, магнитное поле Земли, условия распространения радиоволн, а также интенсивность солнечного и космического излучений должна быть расширена. На территории Казахстана в этот период работала лишь одна ионосферная станция, организованная (в 1943 г.) в системе Института земного магнетизма, ионосферы и распространения (ИЗМИР), подчинённого тогда Министерству связи СССР. С переходом ИЗМИР в систему АН СССР Алма-Атинская ионосферная станция в январе 1960 г передаётся АН Каз. СССР. Постановлением Совета Министров СССР от 9 апреля 1960 г. на Президиум АН Каз. ССР возлагаются задачи по развитию научно-исследовательских работ в области ионосферы, геомагнетизма и распространения радиоволн, для чего предусматривается строительство трёх комплексных ионосферных станций (в г. Алма-Ате, г. Караганде и г. Новоказалинске) Президиум АН Каз. ССР Постановлением от 24 марта 1961 г. за подписью академика К.И. Сатпаева организует при физико-математическом отделении АН Сектор ионосферы, в состав которого входят три комплексные магнитно-ионосферные станции: Алма-Атинская, Карагандинская и Новоказалинская. Заведующей Сектором ионосферы утверждается кандидат физико-математических наук, доцент Томского Государственного университета (ТГУ) Мария Петровна Рудина. Вслед за М.П. Рудиной здесь начинают работать талантливые выпускники Томского Государственного университета и других престижных ВУЗов СССР, имеющие редкие для того времени специальности радиофизиков и геофизиков. Строятся технические здания, жилые дома, станции укомплектовываются необходимым оборудованием и аппаратурой. Научная деятельность Сектора ионосферы АН Каз. ССР по проблеме «Физика верхних слоёв атмосферы» контролировалась Отделением наук о Вселенной и о Земле АН Каз. ССР, координирующим центром был ИЗМИР АН СССР.

В рамках Программы МГСС (Международный Год Спокойного Солнца) уже к октябрю 1963 года на трёх станциях были начаты непрерывные измерения параметров ионосферы и магнитного поля Земли, обработка и отправка данных в Мировой центр сбора данных (МЦД-Б2, г. Москва) для международного обмена данными, а Алма-Атинская, Карагандинская и Новоказалинская станции вошли в состав Мировой сети ионосферных станций и магнитных обсерваторий.

К началу 1964 года в Секторе ионосферы сложился научный коллектив, способный вести исследования в области солнечно-земной физики. К этому времени в Алма-Ате был создан новый комплекс измерительных радиотехнических установок, значительно расширяющий экспериментальные возможности изучения ионосферных процессов и условий распространения радиоволн, в том числе установок для измерения дрейфа ионизации, для измерения коэффициента поглощения радиоволн, оценки напряжённости поля передающих радиостанций, определения величины атмосферных помех. Первые результаты научных работ сотрудниками Сектора ионосферы были представлены на Всесоюзном совещании по итогам исследований ионосферы во время МГСС, организованного Межведомсвенным геофизическим комитетом и проблемным Советом при Президиуме АН СССР по распространению радиоволн в Алма-Ате на базе Сектора ионосферы. В 1965-1966 годах были начаты исследования радиоизлучения Солнца и интенсивности галактических космических лучей на аппаратурном комплексе, установленном на высоте 3340 м над уровнем моря. В 1970 году создан макет установки для изучения доплеровского смещения частоты отражённых от ионосферы сигналов при наклонном, а позднее, и вертикальном зондировании, что позволило исследовать тонкую структуру ионизированной плазмы и провести цикл работ по изучению волновых процессов в ионосфере, что поставило Сектор ионосферы в ряд ведущих организаций в области исследований физики околоземного космического пространства, проводимых в Советском Союзе.

Интересно отметить, что американские ученые Ливерморской лаборатории начали развивать теорию воздействия подземных взрывов на ионосферу в 1977 г, а первый эксперимент в данном направлении был проведен Казахстанскими учеными на Семипалатинском полигоне в 1978 г. Американские ученые провели специальный исследовательский взрыв «MILL RACE» 16.09.81, а аналогичный взрыв под Алматой «МАССА» был проведен двумя месяцами позже 28.10.1981г.

В соответствии с распоряжением Совета Министров Казахской СССР и постановлением Президиума Академии Наук 7 июля 1983 года на базе Сектора ионосферы образован Институт ионосферы Академии наук Казахской ССР, возглавил Институт В.И. Дробжев. Определились и основные направления научных исследований: солнечно-земные связи, закономерности условий распространения радиоволн, диагностика естественных и искусственных ионосферных возмущений.

70-е годы известны началом исследований ионосферы радиомаяковыми методами с помощью геостационарных ИСЗ и пролетных ИСЗ, при этом измерялось (или вычислялось) количество электронов по лучу зрения между передатчиком ИСЗ и приемником на Земле в столбе сечением м2, то есть интегральное электронное содержание (ИЭС). Были запущены такие геостационарные ИСЗ как «Синком 3», «ATS-1», «ATS-3», «ATS-6», «SIRIO», «ETS-II» и другие. На Земле была создана целая сеть приемных пунктов по приему сигналов с геостационарных ИСЗ и измерению ИЭС. В Казахстане такой пункт был расположен на экспериментальной базе высокогорного радиополигона «Орбита» Института Ионосферы, вблизи г/ Алматы [43.25°N; 76.92°E]. Первое время прием геофизической информации на радиополигоне «Орбита» проводился с пролетных спутников, таких как ИСЗ «Интеркосмос–19», система ИСЗ «Транзит», ИСЗ «Ионозонд Э».

ИСЗ «Интеркосмос–19» был предназначен для комплексного исследования приземной плазмы выше максимума слоя F2 в рамках Международного научного проекта по изучению магнитосферы Земли. В задачу научного проекта входило исследование структуры внешней ионосферы, уточнение взаимодействия атмосферы Земли с волновым излучением Солнца и корпускулярными потоками, а также исследование некоторых особенностей ионосферного распространения радиоволн.

Целью наблюдений ИСЗ «Транзит» в Институте ионосферы явилось изучение возможности диагностики неоднородной ионосферы с помощью радиозондирования на частоте 150 МГц. Система ИСЗ «Транзит» была очень удобным инструментом для исследования ионосферы, так как из-за одновременного присутствия на орбите шести спутников можно было осуществлять радиозондирование ионосферы на просвет. Затем был запущен полярный ИСЗ «Ионозонд Э», который продолжил исследования внешней ионосферы, начатые на «Интеркосмос–19». На радиополигоне «Орбита» Института ионосферы пролетный ИСЗ “Ионозонд-Э” находился в зоне приема в течение 10 минут. За это время спутник пролетает ~ 4000 км. Пересчет ионограмм внешнего зондирования позволял получить пространственное распределение профиля электронной концентрации внешней ионосферы на средних широтах от 35° до 50°.

Проведенный лабораторией космической радиофизики Института ионосферы с 1985 по 1989 годы совершенно новый радиофизический эксперимент по приему сигналов от геостационарных ИСЗ предоставил уникальную возможность не только расширить диапазон высот наблюдения ионосферы до 2000 км, но и расширить круг решаемых задач в плане изучения физики ионосферы. Метод, используемый в данном эксперименте, заключающийся в регистрации угла поворота плоскости поляризации (эффекта Фарадея) принимаемого от геостационарного ИСЗ “ETS-II” высокочастотного радиосигнала с f = 136,112 МГц, дал качественно новые сведения о состоянии ионосферы, позволил выявить характерные особенности ионосферы для данного региона и явился одним из самых надежных средств контроля ионосферы во время возмущений.

Ученые и специалисты Института выполняли космический эксперимент «Плазмосфера» (1998 год) на ОК «Мир» с целью разработки физических основ и методических представлений учета влияния ионосферы на канал космической радиосвязи, а также на точность систем спутниковой геодезии и навигации. В рамках эксперимента «Плазмосфера» проведен наземный эксперимент по радиозондированию ионосферы с помощью ионозонда «Базис». Модернизирована и автоматизирована установка (комплекс «Базис –IBM») для снятия высокочастотных характеристик до высот главного максимума F-области ионосферы, позволяющая довести точность измерения действующих высот отражений до 1,5 км. Выполнены измерения приведенной фазы от навигационных спутников системы «Парус-Цикада», рассчитано полное электронное содержание до высот спутников.

С июня 2004г. Институт функционировал как Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения «Институт ионосферы» Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения «Центр астрофизических исследований» Министерства образования и науки Республики Казахстан. Основание: приказ Республиканского государственного предприятия «Центр астрофизических исследований» МОН РК № 7 от 23 июня 2004г.; постановление Правительства Республики Казахстан от 5 марта 2004 года № 280 «Вопросы некоторых республиканских государственных предприятий Министерства образования и науки Республики Казахстан».

Акционерное общество «На­циональный центр космических исследований и технологий» (правопреемник Республикан­ского государственного предприятия «Центр астрофизических исследований» Министерства образования и науки Республики Казахстан.

В связи с реорганизацией Республикан­ского государственного предприятия «Центр астрофизических исследований» Министерства образования и науки Республики Казахстан и его до­черних предприятий в соответствии с Постановлением Правительства № 38 от 22.01.08 г. и Приказом Комитета государственного имущества и приватизации Министерства финансов Республики Казахстан от 13.06.08 г. № 386 «Об учреждении Акционерного общества «Нацио­нальный центр космических исследований и технологий» ДГП «Институт ионосферы» переименован в Департамент «Институт ионосферы» Акционерного общества «Нацио­нальный центр космических исследований и технологий» согласно Приказу № 27П от 16 июля 2008 г.